基本信息
- 项目名称：
- 掺铕的双钨（钼）酸盐的制备及其发光性质
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在本作品中，为了克服高温固相法的缺点，采用软化学法成功合成了NaTb(WO4)2:Eu3+与NaGd(MoO4)2:Eu3+荧光粉。NTbW:Eu荧光粉颜色可调，随着Eu3+掺杂浓度的增加，可从绿色、青绿色、黄色到红色转变，因此这种荧光粉在发光与显示系统具有重要应用。NGM:Eu被紫外和蓝光LED芯片的光有效激发可发射明亮的红光，可以作为应用在白光LED上的红色荧光粉。
- 详细介绍：
- 本作品中，采用软化学法（水热法与溶胶-凝胶法）合成稀土掺杂双钨（钼）酸盐的荧光粉材料。溶胶-凝胶法相对于固相合成法有许多优点，包括简单的化学计量比、均匀性好、合成温度低、合成的样品尺寸小、颗粒尺寸分布均匀等。在本实验中通过溶胶-凝胶法成功合成了颗粒大小均匀形状规则的NaGd(MoO4)2:Eu3+(NGM:Eu)红色荧光粉。水热法对于固相合成法也有诸多优点，例如晶体生长界面稳定、样品结晶程度高、合成温度低、易于控制合成等优点，在温度较低的情况下成功合成了高结晶度、低缺陷的NaTb(WO4)2:Eu3+(NTbW:Eu)荧光粉。这将有利于得到高效发光的荧光粉样品，从而使其在具有一定使用价值上提供了保证。 NTbW:Eu 和NGM:Eu两种新型荧光粉具有独特优异的发光性质。在单一波长激发下，NTbW:Eu荧光粉颜色可调，随着 Eu3+掺杂浓度的增加，可以从绿色、青绿色、黄色到红色，这荧光性能在发光与显示系统（荧光灯、电场显示器、等离子显示器等）中有重要应用，而且深入研究了NTbW:Eu的能量传递机理。NGM:Eu荧光粉在395nm和465nm波长激发下可发射明亮的红光（616nm波长），激发波长与紫外及蓝光LED芯片发射波长相一致，通过发射光谱计算出35%NGM:Eu荧光粉的色坐标（x=0.668,y=0.332），与NTSC标准(x=0.670,y=0.332)非常接近。因此高发光强度，高发光效率以及温和的合成条件将使NGM:Eu红色荧光粉在白光LEDs方面具有重要应用价值。 因此，本项目开展的研究具有显著的科学价值与创新性，不仅成功克服了高温固相法合成荧光粉的缺点，进一步完善了荧光粉晶体结构、掺杂、能量传递机制等理论，为新型荧光粉的合成与发光性质研究提供了强有力的理论指导。
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撰写目的和基本思路
- 目的：为克服高温固相合成法的缺点，采用软化学法制备掺铕的双钨（钼）酸盐荧光粉，实现双钨（钼）酸盐中钨（钼）酸根对稀土离子的敏化发光，研究荧光粉的发光性质及其能量传递机理，以获得高效荧光粉，从而使之在发光与显示体系中应用。 基本思路： 1、探索掺铕的双钨（钼）酸盐简便经济的合成方 法。 2、研究其发光性能与能量传递机理。 3、尝试发光优异的荧光粉样品在发光与显示体系中应用。
科学性、先进性及独特之处
- 在本研究中克服了高温固相法的缺点，分别采用水热法与溶胶-凝胶法成功合成了NTbW:Eu与NGM:Eu荧光粉。目前国际上尚未报道一步纯水热法合成NTbW:Eu荧光粉以及在此基础上进行能量传递机理及其发光颜色可调的系统研究。通过研究NTbW:Eu荧光粉能量传递机理，发现NTbW:Eu荧光粉颜色可调。在紫外和蓝光LED芯片发射的光激发下，NGM:Eu可发射明亮的红光，色坐标与NTSC标准非常接近。
应用价值和现实意义
- 稀土离子掺杂钨（钼）酸盐等无机功能材料，已被广泛应用于节能灯，场发射显示器和白光二极管等方面。通过系统研究NTbW:Eu荧光粉能量传递机理，发现NTbW:Eu荧光粉颜色可调，可以从绿色、青绿色和黄色转变成红色。NGM:Eu荧光粉在395nm和465nm（与紫外和蓝光LED芯片发射相一致）激发下均可发射明亮的红光，可以作为白光LED用红色荧光粉。因此这两种优异的荧光粉在发光与显示体系中具有重要应用。
学术论文摘要
- 摘要： 本文采用软化学法（水热法与溶胶-凝胶法）成功合成了掺杂不同浓度Eu3+的双钨酸盐 NTbW与双钼酸盐NGM的荧光粉。通过粉末X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)来表征荧光粉的晶体结构、颗粒大小及形貌；激发光谱和发射光谱以及荧光衰减曲线来表征荧光粉的发光性能及其能量传递机理。XRD确认掺杂不同浓度Eu3+的NTbW和NGM均具有白钨矿结构；SEM图像显示掺杂不同浓度Eu的NTbW为单分散的刺猬状颗粒以及颗粒平均大小为3μm，而NGM:Eu的形貌为纳米棒状（长：150nm-550nm，宽：30nm-100nm），颗粒存在聚集。由NTbW:Eu发射光谱可知，在单一波长激发下通过调节Eu3+掺杂浓度，NTbW:Eu荧光粉可以从绿色、青绿色和黄色转变成红色，这一发光性能在发光与显示体系中有潜在应用。而NGM的发射光谱表明在395nm和465nm激发下发射强烈的红光（616nm 对应5D0-7F2跃迁），这两个激发波长与应用的紫外和蓝光LED芯片相一致。高发光强度，高发光效率以及温和的合成条件将使NGM:Eu红粉荧光粉在白光LEDs方面具有潜在应用。
获奖情况
- [1]“Energy transfer and luminescence properties of Eu3+-doped NaTb(WO4)2 phosphor prepared by a facile hydrothermal method” Optical Materials. 45（2011）1145-1149. [2]“Photoluminescence properties of NaGd(MoO4)2:Eu3+ nanophosphors prepared by sol–gel method” Materials Research Bulletin. 45 (2010) 1145-1149.
鉴定结果
- 在本研究中通过溶胶-凝胶法与水热法合成了掺铕的双钨（钼）复合材料。最终获得高效荧光粉，研究内容具有科学价值与创新性，其结果已经发表在Opt. Mater.与Mater. Res. Bull.期刊。
参考文献
- [1]F. Lei, B. Yan, H. H. Chen, J. T. Zhao, Inorg. Chem. 48 (2009) 7576. [2]Z. H. Xu, C. X. Li, G. G. Li, R. T. Chai, C. Peng, D. M. Yang, J. Lin, J. Phys.Chem. C 114 (2010) 2573. [3]C. H. Chiu, M. F. Wang, C. S. Lee, T. M. Chen, J. Solid State Chem. 180 (2007) 619. [4]W. Ding, J. Wang, M. Zhang, Q. Zhang, Q. Su, Chem. Phys. Lett. 435 (2007) 301.
同类课题研究水平概述
- 由于稀土及其掺杂稀土离子化合物的4f层电子跃迁产生了丰富的发光颜色，因此近年来这些化合物作为无机发光材料已经被广泛应用到发光和显示体系，诸如荧光灯、白光LEDs、场发射显示器和等离子显示器等。 钨（钼）酸盐基质材料具有化学性质和耐辐照性非常稳定，容易制备等优点，而且掺入适当的稀土离子，不仅能提高钨（钼）酸盐的发光强度，还能丰富这些材料的发光性能，克服单纯的钨（钼）酸盐的发光性能相对单一、光效率较低等缺点。稀土掺杂到钨（钼）酸盐的基质中，可以设计实现钨（钼）酸盐对稀土离子的敏化发光。这类材料兼具有钨（钼）酸盐热稳定性和稀土离子优异的发光特性，有望成为一类新型的发光材料，在荧光材料，传感器与显示器等多种领域具有良好的应用前景。目前国内外研究小组采用软化学制备出了具有不同尺寸、不同结构和不同组成的掺杂Eu3+的双钨（钼）酸盐荧光粉，并系统地研究了它们的发光性能。例如，长春应化所林君等人报道了TbBO3:Eu3+荧光粉的能量传递的机理与颜色可调的可行性以及NaY(MoO4)2:Eu3+/Tb3+自组装过程与颜色可调的研究；中国科技大学钱逸泰等报道了Eu3+ 与Tb3+双掺NaLa(WO4)2荧光粉的发光性能与能量传递的研究。西南大学杨军等人报道了Tb(OH)3:Eu3+颜色可调及能量传递的研究；美国加利福大学A. S. Cheetham 报道了NaM(WO4)1-x(MoO4)x(M=G、Y)新型荧光粉发光性能的研究；波兰科学院R. Pazik, A. Zych, W. Strek等人报道了KGd(WO4)2: Eu3+纳米级荧光粉的发光性能。 然而，目前国际上尚未开展采用纯水热法成功合成掺铕的双钨酸盐荧光粉样品以及在此基础上进行从钨酸根到稀土离子之间的能量传递和稀土离子之间的能量传递甚至做到在这种基质中发光颜色可调的系统研究。通过研究掺铕的双钨酸盐荧光粉能量传递的机理与可否实现荧光粉颜色可调来推广稀土荧光粉应用领域。另外探索一种更高效的应用在紫外、蓝光发光二极管的红色荧光粉是一项有吸引力和富有挑战性的研究课题。而且如何在温和条件下合成颗粒小、结晶度高、分散均匀、发光性能优异并且颜色可调的荧光粉仍是材料研究者未来的努力方向。
